基于磨細(xì)石灰石粉的混凝土試驗(yàn)研究

彭孟啟 楊根宏

（深圳市為海建材有限公司，廣東 深圳 518114）

1 引言

近年來(lái)隨著商品混凝土行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)混凝土性能的要求也逐漸多樣化，在要求混凝土具有良好的工作性能，較高的強(qiáng)度和耐久性的同時(shí)，還要求混凝土行業(yè)降低能耗，提高工業(yè)廢渣的利用率，走綠色高性能混凝土的發(fā)展道路[1～2]。

當(dāng)前商品混凝土行業(yè)，主要采用使用礦渣和粉煤灰作為摻合料以降低水泥用量、改善混凝土性能[3～4]。在以往的研究中較多注重?fù)胶狭系幕钚远雎粤朔垠w材料的顆粒級(jí)配。這樣配置成的混凝土由于其顆粒級(jí)配分布不合理，填充效率低下，所形成的混凝土內(nèi)部孔隙率較大。而通過(guò)往混凝土中加入微細(xì)填料，可以改善混凝土粉體材料的顆粒級(jí)配，提高混凝土的密實(shí)性[5～7]。

由于石灰石易于磨細(xì)，以生產(chǎn)石灰石骨料時(shí)產(chǎn)生的石屑粉為原料，通過(guò)進(jìn)一步粉磨制成粒徑不大于10μm的細(xì)粉，可以較好的改善混凝土的級(jí)配，降低混凝土的孔隙率。本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)研究了C30～C50強(qiáng)度范圍內(nèi)使用磨細(xì)石灰石粉對(duì)混凝土性能的影響。

2 試驗(yàn)原材料與試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)原材料

1）水 泥：光 大P·O42.5R水 泥，3d抗 折 強(qiáng) 度5.7MPa，抗壓強(qiáng)度28.5MPa；28d抗折強(qiáng)度7.7MPa，抗壓強(qiáng)度48.5MPa。

2）細(xì)骨料：惠州產(chǎn)中砂，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量0.9%。

3）粗骨料：篩分洗凈，級(jí)配5mm-10mm、10mm-20mm。

4）礦物摻合料：粉煤灰Ⅱ級(jí)，細(xì)度20.5%，含水率0.8%；礦粉S95，28d活性指數(shù)≥95%。

5）外加劑：巴斯夫415聚羧酸減水劑（含固量55%）。

6）磨細(xì)石灰石粉：比表面積700m2/kg。

7）水：自來(lái)水，符合JGJ 63-2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》要求。

2.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用正交設(shè)計(jì)方法，選擇四個(gè)正交因素：水膠比、礦粉摻量、粉煤灰摻量、磨細(xì)石灰石粉摻量，每個(gè)因素選擇四個(gè)水平，選擇L16（45）正交表進(jìn)行試驗(yàn)，其表頭如表1所示。本試驗(yàn)砂率43%，（5-10）mm石40%，（10-20）mm石60%，外加劑摻量0.38%，擴(kuò)展度按（550±50）mm控制。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析討論

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

3.2 磨細(xì)石灰石粉摻量對(duì)混凝土用水量的影響

磨細(xì)石灰石粉在混凝土中主要作用是通過(guò)優(yōu)化混凝土在粉體范圍內(nèi)的級(jí)配來(lái)提高工作性。圖1是磨細(xì)石灰石粉摻量與混凝土水膠比的關(guān)系圖，從圖中可以看出，磨細(xì)石灰石粉有一定的減水作用，但是由于磨細(xì)石灰石粉由于本身較粗，填充效應(yīng)有限，因此減水效果并不明顯。

3.3 各因素對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

采用極差分析研究各因素對(duì)混凝土7d、28d、90d抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果如表3所示。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

圖1 磨細(xì)石灰石粉摻量與用水量的關(guān)系

圖2 磨細(xì)石灰石粉摻量與對(duì)混凝土強(qiáng)度影響曲線

從方差分析看，水膠比和粉煤灰對(duì)混凝土7d抗壓強(qiáng)度有顯著影響，石粉對(duì)混凝土7d抗壓強(qiáng)度有一定影響。水膠比對(duì)混凝土28d抗壓強(qiáng)度顯著影響，粉煤灰對(duì)混凝土28d抗壓強(qiáng)度有一定影響。一方面由于各種摻合料對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響有限，另一方面，混凝土抗壓試驗(yàn)本身也存在一定的誤差，因此從數(shù)據(jù)分析上來(lái)看，礦渣、粉煤灰、石粉對(duì)混凝土28d抗壓強(qiáng)度的影響并不顯著。水膠比是影響混凝土90d抗壓強(qiáng)度的主要因素，石粉摻量對(duì)混凝土90d抗壓強(qiáng)度有一定的影響。這說(shuō)明，隨著齡期的增長(zhǎng)，粉煤灰和礦粉的強(qiáng)度活性逐漸發(fā)揮出來(lái)，摻量大小對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響逐漸變小。

表3 正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果

3.4 磨細(xì)石灰石粉摻量與對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響

以磨細(xì)石灰石粉摻量為基準(zhǔn)，繪制磨細(xì)石灰石粉摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響曲線，如圖2所示，摻入少量的磨細(xì)石灰石粉對(duì)混凝土的強(qiáng)度沒(méi)有負(fù)面影響，但是隨著摻量的增加，混凝土強(qiáng)度逐漸降低，尤其是在10%摻量以上，強(qiáng)度急劇下降。

3.5 摻磨細(xì)石灰石粉混凝土成本分析

由上述試驗(yàn)結(jié)果分析，在控制混凝土工作性能不變的前提下，考慮到磨細(xì)石灰石粉摻量在10%范圍內(nèi)對(duì)混凝土強(qiáng)度影響不大，在礦粉、粉煤灰摻量相同的情況下，額外摻入10%的磨細(xì)石灰石灰石粉，改善粉體顆粒級(jí)配，減少水泥用量。按照當(dāng)前膠凝材料市場(chǎng)價(jià)格：水泥520元/噸、礦粉410元/噸、粉煤灰210元/噸、磨細(xì)石灰石粉125元/噸計(jì)算，摻入10%的磨細(xì)石灰石粉，C30-C50混凝土單方成本可降低15-23元，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

1）在C30-C50的強(qiáng)度范圍內(nèi)磨細(xì)石灰石粉在10%摻量時(shí)等量取代水泥，能降低混凝土單位用水量3～5kg，同時(shí)對(duì)混凝土7d抗壓強(qiáng)度、28d抗壓強(qiáng)度、90d抗壓強(qiáng)度影響較小。

2）在不影響混凝土性能的前提下，摻入10%的磨細(xì)石灰石粉，C30-C50混凝土單方成本可降低15-23元，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。